祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川变化研究

2009年7月对祁连山东段冷龙岭地区宁缠河3号冰川进行了野外考察,对冰川周围布设测量控制网,并利用GPS-RTK技术测量了冰川表面高程与面积、末端等信息,同时使用加拿大EKKO型探地雷达测量了冰川厚度.结合1972年航测1973年调绘出版的地形图以及1995年与2009年两景TM影像等资料,分析研究了宁缠河3号冰川自1972年以来的变化.结果表明:宁缠河3号冰川近37a以来萎缩严重,冰川末端退缩约6%,面积减小13.1%,冰川体积减少35.3%;冰川主要以减薄的形式在萎缩,冰川平均厚度由1972年的36.8m,减为2009年的27.4m.周边站点气象资料表明,该区域近几十年来出现不同程度的升温,是导致冰川快速萎缩的主要原因.

祁连山老虎沟12号冰川浅冰芯记录的气候环境信息

2006年6月在祁连山西段大雪山的老虎沟12号冰川钻取了一支20.12m的浅冰芯,对冰芯中化学组成成分的浓度变化特征和来源分析进行了研究.结果表明,冰芯中δ18 O和可溶性离子含量变化均显示了明显的周期性变化,δ18 O与祁连山西段温度有很好的正相关关系.通过相关分析和HYS-PLIT后向轨迹分析表明,老虎沟12号冰川冰芯中可溶性离子主要来源于我国西北干旱、半干旱区的陆源矿物粉尘和冰川区周边的盐湖矿物风化物.

祁连山老虎沟12号冰川积雪化学特征及环境意义

2012年6月在祁连山老虎沟12号冰川采集雪坑和表层雪样品,结合相关分析法、海盐示踪法、气团轨迹法等方法,对冰川积雪的主要化学离子特征、来源及环境意义进行分析研究.结果表明,积雪中平均离子浓度Ca2+>SO24->NH4+>NO3->Cl->Na+>Mg2+>K+.雪坑中Ca2+是主要的阳离子,SO24-是主要的阴离子;各种离子在雪坑中的平均浓度要远大于表层雪,而且雪坑中的化学离子浓度峰值与污化层有着很好的对应性.同时,与青藏高原、中亚天山、阿尔泰山以及北半球其他区域高海拔雪冰化学特征进行比较,发现祁连山老虎沟12号冰川区积雪化学特征受亚洲粉尘源区陆源矿物影响较大.然而,雪坑中的离子(尤其是Na+和Cl-)除了陆源矿物粉尘之外,部分还来源于海洋源.结合NOAA Hysplit模型对冰川区积雪化学离子来源进行了后向轨迹反演验证.

1958-2005年祁连山老虎沟12号冰川变化特征研究

老虎沟12号冰川是祁连山最大的冰川,面积为21.9 km2,为极大陆型冷性复式山谷冰川.该冰川监测开始于1958年,1962年监测被迫终止;其后于20世纪70—80年代有过短期考察,2005年恢复全面观测.基于野外GPS观测,两期1∶50 000地形图和两期1∶10 000地形图及Landsat ETM+遥感影像,分析了过去近50 a来多时间段冰川的变化特征及其对气候变化的响应过程.结果表明:1957—1976年间冰川退缩约100 m,平均退缩速率5 m.a-1,此后冰川归于平稳态;1985—2005年间冰川退缩140.12 m,退缩速率较之前(1957—1976年)提高了40.2%.结合玉门镇气象资料分析认为,升温幅度的增大是影响20世纪90年代中期以来老虎沟12号冰川退缩加剧的根本原因,冰川在持续高温情景下的气候响应要敏感于低温情景.

祁连山老虎沟冰川积累区风速、风向变化特征研究

基于2008年11月—2009年10月祁连山老虎沟12号冰川积累区的风速、风向观测资料,分析了年内季节和日变化特征.结果表明:全年日平均风速波动较大,介于1～8.8m.s-1.日均值以冬季最大,春、秋季次之,夏季最小,分别为5.1m.s-1,3.4m.s-1,3.7m.s-1,2.6m.s-1,表现出典型的"高山型"风速特征.秋、冬季节,无论昼夜,以偏南风为主,风速始终保持在较为稳定的高值状态,属于典型的冰川风;春、夏季节,冰川风场依旧强劲,而且伴有山谷风出现.受山系-河谷地形及雪冰下垫面的共同作用,春、夏、秋三季表现出一定的偏东风,柴达木低压可能对此也有贡献.

祁连山西段老虎沟流域消融季径流变化特征研究

基于祁连山西段老虎沟流域断面的径流数据与大本营气象站的气象资料,对冰川区径流与气象要素之间的相关性进行了分析,并建立了多元指数非线性回归方程对径流进行重建以弥补缺失径流,此外,对冰川区径流的年际、季节、日尺度的变化特征进行了分析。结果表明:(1)冰川区径流量与气温的相关性最高0.86,其次是水汽压(0.81)、相对湿度(0.46)、降水量(0.27),径流受气温影响最大。(2)21世纪观测资料显示日平均径流量为2.10 m3·s-1,较20世纪50年代末的1.65 m3·s-1有所增加,主要因消融季气温上升0.75℃所致,强消融期(7、8月)径流量的年际变化较大,消融期初(5、6月)和末(9月)年际变化较小。消融季5—9月产流占比分别为5.3%、16.1%、37.3%、35.1%、6.2%。(3)多元指数非线性回归方程可以较好地模拟日径流量(纳什效率系数平均为0.70),补充缺失径流后,对于径流的日变化,消融期初和末日变化较小,而强消融期径流的日变化较大。对于径流的时滞效应,老虎沟流域消融季各月径流呈现“谷-峰”的日变化特征,消融期初和末气温达到最大值与径流达到最大值的时间间距较大,而强消融期较小,在消融期初的6月两者相差最大为3 h。明晰冰川融水变化特征对干旱区水资源管理,生态保护及社会经济可持续发展具有重要意义。

青藏高原北部多温型山谷冰川不同海拔处冰温变化研究——以祁连山老虎沟12号冰川为例

冰川温度是表征冰川物理属性和响应气候变化的关键指标。2010年7月至2011年11月在祁连山老虎沟12号冰川积累区(5040 m)、多年平衡线处(4900 m)和消融区(4550 m)开展了活动层(22 m深,1 m间隔)冰温连续观测。2011年10月在冰川积累区4971 m处钻得165 m深孔获取了115 m深层冰温廓线。研究发现:三个区域活动层下界的深度均在约17 m处,多年平衡线处冰温最低(-7.4℃),消融区次之(-3.68℃),积累区活动层下界冰温最高(-2.74℃)且波动最为持续,可能主要与常年积雪覆盖有关。冰温年波动随深度增加均逐渐降低,对气温变化的响应周期亦逐渐增大。与其他冰川最低温相比,老虎沟12号冰川冰温对气候变化响应敏感,过去50年来受全球变暖影响冰温显著增加。积累区深孔冰温显示50 m深度之下冰温呈线性上升,垂直增温率为0.033℃·m^-1,据此推测其底部冰温为0.02℃,主要与底部应变热有关。

祁连山老虎沟12号冰川运动特征分析

以南方灵锐S82 GPS接收机为数据获取平台,借助RTK测量技术对均匀布设在祁连山老虎沟12号冰川表面的花杆网阵进行表面运动速度观测.2008年6—8月和2008—2009年整年的观测资料显示：2008—2009年间该条冰川表面流速最大值出现在海拔4 750~4 850 m,其中西支表面流速达到32.6 m.a-1,出现在海拔4830 m附近,东支表面流速达到32.4 m.a-1,出现在海拔4770 m附近.相比1959年的观测结果,该条冰川流速减慢了11%.

祁连山老虎沟12号冰川积累区消融期能量平衡特征

为研究冰川消融期积累区的能量平衡,利用2006年6月21日—7月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔5 040m气象观测资料,分析了冰川的能量平衡各分量变化特征,估算了冰川表面的能量平衡组成.结果表明:冰川消融期,净辐射是冰川的主要热量来源(占82.1%),其次是感热通量(占17.9%);冰川消融耗热是主要的能量支出项(占70.8%),其次是潜热通量(占29.2%).通过能量平衡方程计算的冰川蒸发/升华量日平均值为0.8mm w.e.,物质亏损量为473mm w.e.,与实测物质亏损量492mm w.e.相差不大,冰川累积物质亏损量计算值和观测值的趋势变化吻合较好.

祁连山老虎沟12号冰川近地层微气象特征分析

利用2009年9月1日-2010年8月31日祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550m气象观测资料,分析并讨论了气温、降水、比湿、气压、风速、风向、总辐射、感热和潜热通量的变化特征。结果表明,在冰川下垫面影响下,气温的逐时变化呈现出升温比降温要快,但季节变化则相反,气温变化的位相比风速要超前;降水主要集中在5～9月,占全年降水的68.1%;冬季平均风速最大,夏季最小,春季高于秋季,春、秋季冰川风的强度要大于谷风,夏季则相反,冬季冰川风占绝对主导地位,且冰川风对地气间的能量交换有重要影响;全年感热通量日平均值大部分都为正值,而潜热通量基本都为负值,在气温较高、风速较大的情况下二者均有明显的增加;夏季感热和潜热通量的绝对值都比冬季要大。

祁连山老虎沟12号冰川表面能量和物质平衡模拟

采用HOCK的分布式能量物质平衡模型对老虎沟12号冰川消融期的物质平衡进行了模拟,时间步长为1 h,空间分辨率为30 m.模型结果利用物质平衡观测数据和气象站观测数据验证,模型模拟时期为2012年6月1日-9月30日.模型模拟结果表明,地形因子对太阳辐射影响相当显著;散射辐射在总辐射中的比例较大为39%,模拟期冰川表面物质平衡为-506 mm w.e..在模拟期整个冰川平均上净辐射占能量收入的84%,感热通量占有16%;消融耗热则是能量的主要支出占有62%,潜热通量占有能量支出的38%.

祁连山老虎沟冰芯草酸根和氟离子的记录及环境意义

2006年6月,在祁连山老虎沟12号冰川海拔5040 m的粒雪盆钻取的20.12 m冰芯,该冰芯定年至1960年.本文分析了冰芯样品中草酸根和氟离子含量,冰芯所记录的过去46年草酸根的平均含量为(18.52±2.4)ng.g-1,其含量变化与气温变化具有很好的一致性,表明气温可能是影响草酸根浓度变化的因素之一.20世纪80年代中期以来冰芯中草酸根含量波动中呈现明显的上升趋势,可能与周边地区石油燃料、工业生产等人类活动的加剧有关.自1980年以来冰芯中氟离子也呈现明显的上升趋势,分析显示,老虎沟12号冰川的氟离子主要为局地自然来源和工业生产来源,1980年以来高于背景值的氟离子含量主要受人类工业生产的影响.

祁连山老虎沟12号冰川积累区微气象特征

利用2008年10月1日-2009年9月30日祁连山老虎沟12号冰川积累区海拔5040m自动气象站观测资料,初步分析了该地区气温、冰川表面温度、降水、相对湿度、空气和冰川表面比湿、气压、风速、风向、感热和潜热通量等气象要素的平均日变化和季节变化特征。结果表明,气温年平均值为-11.8℃,全年正积温仅为16.5℃,具有日较差小、年较差大的气温特征;降水主要集中在5-9月,约占全年的85%,年降水量为424.2mm;气压冬季低、夏季高,属于典型的高山型;年平均风速为3.7m·s-1,冰川风显著;感热通量要强于潜热通量,大气与冰川表面的湍流交换中,大气以损失热量为主。

祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川表面流速特征分析

2009年9月对祁连山冷龙岭宁缠河3号冰川外围建立控制网,于冰川表面布设了13根标志杆,随后分别于2010年7月、2010年9月再次对设立在冰川表面的花杆点进行测量,获取2009/2010年度、2009年9月-2010年7月与2010年7-9月3个时段宁缠河3号冰川表面流速.结果显示:2009/2010年度宁缠河3号冰川最大流速出现在海拔4 430m附近,为3.76m·a-1;2009年9月-2010年7月表面流速最大值出现在海拔4 430m附近,为0.32m·月-1;2010年7-9月最大流速出现在海拔4 380m附近,为0.47m·月-1.总体来看,2009/2010年度宁缠河3号冰川纵剖面上流速变化较为缓和,显示出流速随海拔变化而变化的规律.但不同季节表面流速在纵剖面上的分布情况不同,横剖面上主流线附近流速最大,向冰川两边逐渐递减,各观测点均平行于主流线方向向冰川末端运动,表现出冰川运动一般规律.在冰川表面运动速度观测区域内东南边缘流速略大于西北边缘,同时与规模相近的冰川运动速度相比,宁缠河3号冰川运动速度较大.

祁连山12号冰川2013年6月一次突发性洪水分析

祁连山老虎沟12号冰川在2013年6月出现了一场突然性的洪水,最大流量约20m3·s-1.洪水导致河流改道,水文数据中断,下游道路冲毁.利用6月河水改道前的流量数据及对应的气象数据,分析了洪水发生前温度和降水的变化情况,并利用度日因子法计算出6月13—19日的冰川消融水当量.结果表明,从6月12日开始昼夜温度及日均温均大于0℃,最大降水和最大流量几乎同时发生,同时段的温度却较低.

祁连山老虎沟12号冰川消融区不同天气条件下的能量收支特征

冰川表面能量平衡模型建立了冰川与大气之间的联系。为探讨不同天气条件对冰川能量收支的影响,利用祁连山老虎沟12号冰川海拔4 550m处的气象资料(2011年8月24日-9月6日),结合能量平衡模型,分析了不同天气条件下的能量收支变化特征。结果表明:受云量影响,晴天条件下向下短波辐射(318.3W·m-2)是多云条件下的1.5倍,是阴天条件下的3倍。三种天气条件下的向下长波辐射,晴天(215.4W·m-2)<多云(267.4W·m-2)<阴天(291.6W·m-2)。受固态降水的影响,阴天条件下冰川反照率(0.50)是晴天时的2倍多。而三种天气下的最大消融耗热,晴天(739.6W·m-2)>多云(582.8W·m-2)>阴天(324.5W·m-2)。在能量收入项中,净短波辐射是主要来源(98%),但是受天气条件影响,能量支出各项所占比例有明显差异;在三种天气条件下,净长波辐射所占比例分别为35%、31%和23%,消融耗热所占比例分别为62%、64%和75%,潜热通量所占比例相差不大。

云量对祁连山老虎沟12号冰川表面能量平衡的影响

为探讨云量对冰川表面能量平衡(SEB)的影响,利用架设在老虎沟12号冰川(简称12号冰川)消融区(4 550m a. s. l.)的自动气象站资料,结合能量平衡模型计算各能量分量并分析其季节变化,通过云量参数化方案获取云量因子并量化其对冰川表面能量收支的影响。结果表明:净短波辐射为冰川表面主要的能量来源(92%),净长波辐射为主要能量支出(61%),二者均受云量影响,但云的短波辐射效应更强(-37W·m^(-2))。云量通过影响辐射收支和湍流通量进而影响冰川表面能量收支,随云量的增加,冰川表面获得的能量减少,冰川消融速率降低。与其他区域的冰川表面能量收支对比,除地理位置、反照率、气温等因素外,海拔和云量的影响也非常显著。

祁连山西段冰川区与非冰川区气温梯度年内变化特征

为研究冰川区与非冰川区不同下垫面对气温梯度的影响。本文利用祁连山老虎沟流域4180 m,4550 m和5040 m处的三个气象站及肃南、肃北、托勒、玉门、酒泉、瓜州、敦煌等七个国家气象站2011-2013年的日平均气温资料,分析了祁连山西段冰川区与非冰川区年内气温梯度特征,并结合相应时段的降水资料以及其他气象因素对其变化特征做了分析。结果表明:(1)在非冰川区,气温梯度随海拔上升而增大,且有明显的月际波动特征,年内梯度呈现先减后增的趋势,夏季最大,冬季最小,年气温梯度为0.50℃·(100m)-1;(2)在冰川区,气温梯度呈现先增后减的趋势,夏季最小,冬季最大,年气温梯度为0.61℃·(100m)-1,日内变化特征为白天气温梯度变化幅度大但值较小,夜间变化幅度小,稳定在0.83℃·(100m)-1左右,日内平均气温梯度为0.49℃·(100m)-1;(3)冰川区与非冰川区年内温度梯度与降水梯度呈相反的变化趋势,表明降水对气温梯度变化有一定的影响。(4)由于非冰川区与冰川区下垫面不同,气温梯度呈相反的年内变化趋势,在由非冰川区气温推算冰面气温时必须考虑温跃值影响,老虎沟12号冰川年平均温跃值为1.30℃。

祁连山老虎沟流域春季积雪属性的分布及变化特征

利用祁连山老虎沟流域布设的花杆观测了该区春季积雪的属性(深度、表面反射率、密度及含水量、粒径),并结合自动气象站上的积雪深度和反照率数据,对研究区春季积雪属性的分布及变化特征进行了观测和分析.结果表明:流域内积雪分布很不均一,在阴坡雪深大,阳坡雪深小;在不同海拔上,雪深随海拔有增高的趋势;不同类型、不同表面粗糙度、不同密度、不同含水率的积雪反射率不同,不同地物的反射率也不同;积雪剖面中逆温层结的形成与表面温度、雪深有密切关系,在一天内新降雪的密度及含水率随时间的变化具有较好的一致性.

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO_2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量有助于准确估算该区域的土壤CO2排放,对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义.利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO2通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量进行了定期观测,结合气象和土壤环境因子进行了分析.结果表明：整个观测期高寒草甸土壤表现为CO2的源,土壤CO2通量的日变化范围为2.52~532.81 mg·m-2·h-1.土壤CO2年排放总量为1 429.88 g·m-2,年均通量为163.23 mg·m-2·h-1;其中,CO2通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm土壤温度、含水量和盐分均显著相关.2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO2通量的最重要因子.在完全融化期、冻结过程期和整个观测期,拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO2通量变化的72.0%、82.0%和38.0%,对应的Q10值分别为1.93、6.62和2.09.冻融期（含融化过程期和冻结过程期）和完全冻结期的土壤CO2排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%,在年排放总量估算中不容忽视.